上海典型绿地土壤-植物叶片-大气沉降中污染物分布特征

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shirley09liu
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特大城市的环境可持续发展是个世界难题,能否为市民提供适宜的生活环境面临着越来越大的压力和挑战。上海作为我国人口最多且最密的城市之一,由于产业结构与其它城市不同,受其北亚热带季风气候的影响,大气沉降空间分布及其季节变化有其独特的特征,且以前绿化植物配置多注重景观效应,对其环境效应重视不够。随着国家“土十条”和上海“土十条”的相继发布,城市绿地土壤的环境质量和园林植物环境效应的日益受到关注。因此,以上海为例,开展典型绿地土壤-植物叶片-大气沉降中污染物分布特征研究,对于指导城市绿地建设具有重要科学意义。  大气沉降作为地气界面物质交换下行过程的主要途径,一部分污染物质最终沉降回地表环境,一部分细小颗粒的污染物质(如PM2.5)可被被植物叶片、树干吸收。城市绿地对保障可持续的城市生态环境、维护居民的身心健康有着至关重要的作用。但综观现有研究可以发现,以前绿地土壤研究主要关注其是否满足植物生长,对绿地土壤环境质量,尤其是健康风险关注较少;绿化植物对大气污染物净化研究,关注的树种、地点、影响因素等相对单一,未将大气-绿地土壤-植物作为一个系统进行综合研究。鉴于此,本研究沿上海市中心向郊区辐射的方向上,选取黄浦区、徐汇区、闵行区、松江区等设置大气干湿沉降采样点,在对大气沉降污染物进行调查的基础上,开展了绿地土壤污染物的健康风险评价,探讨了不同区域绿化植物对污染物的吸收能力及其影响因素,并通过大气沉降-土壤-植物叶片污染物的相关性分析,探讨了植物叶片污染物的来源,研究结果可为上海城市建设或改造中景观设计提供指导。主要结果如下:  (1)上海大气干湿沉降的年沉降率为43.1±54.8g/m2/year。与其他元素相比,沉降样品Cu、Zn、Cd、Pb富集较明显。且Zn、Pb和Cd在位于黄埔区的Site1具有较高的沉积通量,而Cu则在位于闵行区的Site4具有较高的沉积通量。Cu沉积通量在6-9月份较高,Zn和Cd沉降通量在3、4、7和10月份较高。而沉降样品PAHs的沉积通量则呈现出城市边缘区>城市中心>农村地带(背景位置)的规律,且多以高分子量PAHs为主,在3、7和10月份PAHs的沉降通量较大。就污染来源而言,重金属Cu、Zn、Pb、Cd可能由燃烧、交通等人为因素所致,PAHs可能来源于石油和草、木材、煤炭等燃烧。  (2)上海绿地土壤Cu、Zn、Pb、Cd、As和PAHs均存在一定的富积现象。但公园绿地土壤重金属的富积现象较道路绿地土壤明显,且变异系数较小;公园绿地土壤PAHs的富积现象较道路绿地土壤小,且变异系数较大。随着0-2cm、2-5cm、5-10cm、10-30cm土壤深度的增加,公园绿地土壤PAHs含量呈增加趋势,道路绿地土壤PAHs呈降低趋势。通过健康风险评价,发现本次调查范围内的上海中心城区绿地土壤基本无污染风险,仅有个别采样点有较低风险,需进一步加强对绿地土壤环境质量的跟踪监测和管理。公园绿地土壤PAHs、Cu、Zn可能主要与施用有机改良材料有关;道路绿地土壤PAHs可能来源与交通尾气排放,Zn来源于交通车辆的磨损,其它重金属则可能与城市工业废气排放有关。  (3)观测样点植物叶片中Cu、Zn、Pb和Cd的平均含量均高于背景点。夹竹桃和悬铃木叶片中Cu含量最高,海桐叶片Zn含量最高,雪松叶片Pb和Cd含量最高。银杏叶片中Cu、Zn、Pb和Cd的含量均较低。根据叶片扫描电镜(SEM)结果,发现海桐和悬铃木较银杏具有较高的气孔密度是导致其叶片含量重金属含量较高的原因之一。但就植物叶片对重金属的综合累积指数而言(MAI),广玉兰重金属积累指数最高(4.27),雪松重金属积累指数最低(1.53)。通过比较植物叶片对重金属的拦截率(水洗叶片与未水洗叶片重金属含量比值),发现夹竹桃叶片对Cu(92.7%)和Zn(36.9%)的拦截效果较好。广玉兰叶片对Pb(63.4%)和Cd(49.1%)的拦截效果较好,雪松对Cu(0)、Zn(8.90%)、Pb(5.93%)和Cd(2.97%)的拦截效果较差。此外,根据土壤与植物叶片重金属含量的相关性及植物叶片重金属的生物富集系数(BCF),得知针叶植物叶片中的Cu、Zn、Pb和Cd可能主要来源于土壤,而阔叶植物叶片中的Cu、Zn、Pb和Cd则可能主要来源于大气沉降。  (4)不同取样地点不同植物叶片PAHs总量的变化趋势一致,PAHs含量大小顺序为:工业区域>交通区域>城市区域>背景区域。不同植物叶片PAHs主要由芴(Fle)、菲(Phe)、蒽(Ant)、屈(Chr)、蒽(Flu)和芘(Pyr)组成,尤其是菲(Phe)占PAHs总量的49.4%-76.7%。植物叶片去除大气PAHs效率大小顺序为:低分子量PAHs>中分子量PAHs>高分子量PAHs。通过比较水洗叶片与未水洗叶片PAHs含量,发现海桐、银杏和悬铃木是吸收PAHs的高效植物,而桂花,广玉兰和红叶李是拦截PAHs的高效植物。  总的看来,上海大气沉降Cu、Zn、Cd、Pb和PAHs富集较明显;除个别样点略有风险外,上海中心城区绿地土壤基本无健康风险,但建议加强对绿地土壤环境质量的跟踪监测和管理。综合考虑植物对大气污染物的净化作用以及上海绿化种植习惯,优先推荐夹竹桃、悬铃木、海桐、雪松和银杏作为上海绿化植物配置中绿化树种,但为更有效发挥植物净化大气污染物的作用,还需结合大气污染物的种类进行合理的植物配置。
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